Cigs基薄膜太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，尤其涉及一种CIGS基薄膜太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球气候变暖、生态环境恶化和常规能源的短缺，越来越多的国家开始大力发展太阳能利用技术。太阳能光伏发电是零排放的清洁能源，具有安全可靠、无噪音、无污染、资源取之不尽、建设周期短、使用寿命长等优势，因而备受关注。铜铟镓砸(CIGS)是一种直接带隙的P型半导体材料，其吸收系数高达105/cm，2um厚的铜铟镓砸薄膜就可吸收90%以上的太阳光。CIGS薄膜的带隙从1.04eV到1.67eV范围内连续可调，可实现与太阳光谱的最佳匹配。铜铟镓砸薄膜太阳电池作为新一代的薄膜电池具有成本低、性能稳定、抗辐射能力强、弱光也能发电等优点，其转换效率在薄膜太阳能电池中是最高的，已超过20%的转化率，因此日本、德国、美国等国家都投入巨资进行研究和产业化。
[0003]目前的CIGS基薄膜太阳能电池的结构为:基板/钼电极层/CIGS光吸收层/硫化镉/氧化锌/AZO膜层，将这种CIGS基薄膜太阳能电池层压制成太阳能电池模块，在层压的太阳能电池模块中会由于老化引起的串联电阻的连续增加，串联电阻的增加会导致太阳能电池模块的效率的下降。
[0004]太阳能电池层压用的粘结层材料通常选用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚乙烯(PE)、聚乙烯丙烯共聚物或聚丙烯酰胺(PA)，这些粘结层材料中都含有少量的水分。近年来越来越多的选用PVB作为粘结层材料。从层压后的太阳能电池模块的结构可知，薄膜太阳能电池中的AZO膜层直接与粘结层接触，由于粘结层中含有少量的水分，薄膜太阳能电池模块在使用过程中，粘结层中的水分子将会扩散进入到薄膜太阳能电池的内部，从而造成薄膜太阳能电池性能的下降。
[0005]传统的CIGS基薄膜太阳能电池的顶层为AZO透明导电膜层，该AZO膜层的材料折射率相对于玻璃基板和空气的折射率来说，还是比较高的，这就会使入射光到达AZO膜层表面时会有较多的光被反射回去，即不能有更多的光被吸收层吸收，这会使得薄膜太阳能电池的短路电流较小。如图1所示，传统的CIGS基薄膜太阳能电池模块的透明导电层(SP前电极层)与PVB或EVA等粘结材料直接接触，这会使粘结材料中的水分子扩散进入薄膜太阳能电池内部，将会导致薄膜太阳能电池效率的下降。
[0006]现有的制备工艺:在一衬底为钠钙玻璃上采用磁控溅射沉积550nm的金属钼电极层；接着使用激光进行Pl刻划；接着在钼电极层上形成2.0um厚的具有黄铜矿结构的铜铟镓二砸光吸收层；接着在光吸收层上采用化学浴(CBD)方法沉积40nm的CdS膜层作为缓冲层；在缓冲层上采用磁控溅射沉积50nm的本征ZnO膜层；接着使用刻针进行P2刻划；接着在本征ZnO膜层上采用磁控溅射沉积600nm的AZO膜层；接着使用刻针进行P3刻划；接着采用PVB作为粘结材料，将薄膜太阳能电池与另一片干净的超白钠钙玻璃，通过层压工艺使其形成薄膜太阳能电池模块。通过测试，薄膜太阳能电池的短路电流为27.7mA/cm2 ;薄膜太阳能电池模块的效率减小了大约25%。
[0007]中国专利CN101527332A公开了一种CIGS基薄膜太阳能电池，该太阳能电池的结构为:GlaSS/Mo/CIGS/nCdS/nZnO/n+ZnO:Al，该薄膜太阳能电池可获得较高的光电转换效率，但是若将该薄膜太阳能电池经过层压工艺制作成太阳能电池模块后，其光电转换效率将会下降。其原因是层压常使用PVB、EVA等作为粘结层材料，这些粘结层材料中含有一定量的水分，层压后这些水分子将扩散进入到薄膜太阳能电池的内部，导致薄膜太阳能电池的转换效率的下降。
[0008]从上述的现有制备工艺制得的薄膜电池可见其效率较低。
【发明内容】
[0009]本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于既能阻挡粘结层中的水分子扩散进入薄膜太阳能电池的内部，又能使更多的入射光进入到薄膜电池内部被光吸收层吸收，从而提高CIGS基薄膜太阳能电池的转换效率。
[0010]为了达成上述目的，本发明提供了一种CIGS基薄膜太阳能电池，其特征在于:包括，衬底，覆盖衬底表面的背电极层，覆盖背电极层的光吸收层，覆盖光吸收层的缓冲层，覆盖缓冲层的透明导电层，覆盖透明导电层的防护层，所述防护层为氮氧化铝硅膜层或由氧化锌硅膜层与氮氧化硅膜层交替组成的复合膜层。
[0011]进一步的，所述防护层为氮氧化铝硅膜层；所述氮氧化铝硅膜层在厚度方向上的含氮元素浓度由靠近透明导电层的一侧向另一侧呈阶梯式降低；所述氮氧化铝硅膜层中的硅与铝的原子比不小于4:1。
[0012]进一步的，所述的氮氧化铝硅膜层的厚度为20-200nm。所述光吸收层为铜铟镓砸膜层、铜铟镓砸硫膜层、铜铟镓硫膜层、铜铟镓铝砸膜层、铜铟镓铝砸硫膜层、铜铟镓铝硫膜层、铜铟砸膜层、铜铟砸硫膜层、铜铟硫膜层或它们的组合；所述光吸收层中含有碱元素，所述光吸收层中还可含有锑和/或铋元素。
[0013]进一步的，在缓冲层与透明导电层之间插入一层具有高电阻率的氧化锌膜层，所述具有高电阻率的氧化锌膜层选自本征氧化锌膜层、具有电阻率为0.08 Ω cm至95 Ω cm的掺杂氧化锌膜层或它们的组合。
[0014]进一步的，本发明还提供了另一种CIGS基薄膜太阳能电池，所述防护层为至少两层的复合膜层，所述复合膜层由至少一层的氧化锌硅膜层与至少一层的氮氧化硅膜层交替组成；所述氧化锌硅膜层中的锌与硅的原子比不小于1:1 ;所述氮氧化硅膜层中的氮与氧的原子比不大于1:1。
[0015]进一步的，所述的复合膜层的厚度为20-200nm。所述的复合膜层中可含有少量的铝元素。所述光吸收层为铜铟镓砸膜层、铜铟镓砸硫膜层、铜铟镓硫膜层、铜铟镓铝砸膜层、铜铟镓铝砸硫膜层、铜铟镓铝硫膜层、铜铟砸膜层、铜铟砸硫膜层、铜铟硫膜层或它们的组合；所述光吸收层中含有碱元素，所述光吸收层中还可含有锑和/或铋元素。
[0016]进一步的，在缓冲层与透明导电层之间插入一层具有高电阻率的氧化锌膜层，所述具有高电阻率的氧化锌膜层选自本征氧化锌膜层、具有电阻率为0.08 Ω cm至95 Ω cm的掺杂氧化锌膜层或它们的组合。
[0017]本发明提供了一种CIGS基薄膜太阳能电池的制作方法，包括，在一衬底表面沉积背电极层，接着进行Pi刻划，接着形成光吸收层覆盖背电极层，接着沉积缓冲层覆盖光吸收层，接着沉积本征氧化锌膜层覆盖缓冲层，接着进行P2刻划，接着沉积透明导电层覆盖本征氧化锌膜层，接着进行P3刻划，接着沉积氮氧化铝硅膜层或沉积由氧化锌硅膜层与氮氧化硅膜层交替组成的复合膜层覆盖透明导电层。所述P3刻划步骤也可在沉积完氮氧化铝硅膜层或沉积完由氧化锌硅膜层与氮氧化硅膜层交替组成的复合膜层后进行。
[0018]进一步的，所述Pl刻划是指通过使用激光对沉积有背电极层的基板进行刻划，使通过以细线形式去除背电极层的一部分来进行构图(形成图案I)的第一构图步骤；所述P2刻划是指通过使用刻针或激光对沉积完缓冲层的基板进行刻划，通过以第一构图步骤中形成的图案为参考位置偏移规定量，以细线形式去除本征氧化锌膜层、缓冲层和光吸收层的一部分来进行构图(形成图案2)的第二构图步骤；所述P3刻划是指通过使用刻针或激光对沉积完透明导电层的基板进行刻划，通过以第一构图步骤或第二构图步骤中形成的图案为参考位置偏移规定量，以细线形式去除光吸收层、缓冲层、本征氧化锌膜层和透明导电层的一部分来进行构图(形成图案3)的第三构图步骤。
[0019]进一步的，所述的氮氧化铝硅膜层、由氧化锌硅膜层与氮氧化硅膜层交替组成的复合膜层都是采用磁控溅射方法沉积或真空蒸镀方法沉积。
[0020]